Une équipe de chercheurs du California NanoSystems Institute de l'UCLA a trouvé une nouvelle façon d'utiliser des enzymes pour éliminer les polluants de l'eau qui est rentable et économe en énergie, capable d'éliminer plusieurs polluants à la fois, et minimise les risques pour la santé publique et l'environnement.

Cette avancée pourrait être une nouvelle étape importante dans l'effort visant à satisfaire les besoins mondiaux en eau potable, l'irrigation et l'utilisation récréative.

Les méthodes actuelles nécessitent plusieurs étapes et impliquent des produits chimiques qui réagissent à la chaleur, la lumière du soleil ou l'électricité. Les scientifiques avaient précédemment montré que l'eau polluée pouvait être nettoyée en utilisant des activités enzymatiques de bactéries et de champignons naturels, qui décompose les polluants en leurs composants chimiques inoffensifs. Mais cette méthode comporte le risque de libérer des organismes dangereux dans l'eau.

La nouvelle technique UCLA, développé par une équipe dirigée par Shaily Mahendra, professeur agrégé de génie civil et environnemental à l'UCLA, et Léonard Rome, professeur de chimie biologique et directeur associé du CNSI, est une variante de cette méthode. Les chercheurs ont mis des enzymes dans des particules nanométriques appelées « voûtes, " puis déposent les minuscules particules dans l'eau polluée.

Leur méthode est décrite dans un article publié dans ACS Nano .

Mahendra a déclaré que les processus microbiens dans l'eau qui font partie du système naturel de biodégradation finiraient par éliminer la pollution dans notre eau, mais seulement sur une très longue période.

"Les microbes naturels sont la raison pour laquelle le monde n'est pas encore couvert d'excréments de dinosaures, " a déclaré Mahendra. " Mais nous n'avons ni le temps ni la place sur notre planète pour ignorer les lacs et les rivières contaminés pendant quelques millions d'années pendant que la nature fait le travail. "

Les coffres-forts à l'échelle nanométrique sont de minuscules particules - seulement des milliardièmes de mètre de diamètre - qui ont la forme de fûts de bière. Mahendra a déclaré que la nouvelle méthode est efficace parce que les voûtes protègent les enzymes, en les gardant intacts et puissants lorsqu'ils sont placés dans l'eau contaminée.

Les scientifiques ont testé la méthode en utilisant une enzyme appelée manganèse peroxydase. Ils ont découvert que sur une période de 24 heures, les voûtes retiraient trois fois plus de phénol de l'eau que l'enzyme l'avait fait lorsqu'elle était jetée dans l'eau sans utiliser de voûtes.

Ils ont également découvert que parce que la peroxydase de manganèse restait stable à l'intérieur des voûtes, il était encore capable d'éliminer le phénol de l'eau après 48 heures. Le peroxyde de manganèse libre était complètement inactif après 7 heures et demie.

Vault nanoparticules, qui sont constitués de protéines et sont présents dans les cellules de presque tous les êtres vivants, ont été découverts par Rome et Nancy Kedersha, son étudiant alors postdoctoral, Dans les années 1980. Chaque cellule humaine contient des milliers de voûtes, qui eux-mêmes contiennent d'autres protéines. Mais Rome et ses collègues ont finalement mis au point une méthode pour construire des chambres fortes vides qui pourraient être utilisées pour administrer des médicaments à des cellules spécifiques du corps pour lutter contre le cancer, VIH et autres maladies.

La recherche contribue aux objectifs du Sustainable L.A. Grand Challenge de l'UCLA, une initiative à l'échelle du campus pour faire passer la région de Los Angeles à 100 % d'énergie renouvelable, eau locale et amélioration de la santé des écosystèmes d'ici 2050. Mahendra contribue également à l'élaboration du plan de travail pour Sustainable L.A.

Mahendra a déclaré que la nouvelle technique pourrait être étendue d'ici quelques années pour une utilisation commerciale dans les lacs et les rivières pollués, et des voûtes pourraient être ajoutées aux unités de filtration membranaire et facilement intégrées aux systèmes de traitement de l'eau existants. Des chambres fortes contenant plusieurs enzymes de biodégradation différentes pourraient potentiellement éliminer plusieurs contaminants à la fois de la même source d'eau.

Ils seraient peu susceptibles de présenter des risques pour l'homme ou l'environnement, Rome a dit, parce que des voûtes poussent dans les cellules de tant d'espèces.

Les voûtes contenant de la manganèse peroxydase utilisées pour la nouvelle étude ont été construites par une équipe dirigée par Valerie Kickhoefer, un chercheur associé travaillant avec Rome. Le premier auteur Meng Wang, un étudiant diplômé du laboratoire de Mahendra, et l'associé de recherche du personnel de l'UCLA, Danny Abad.

La microscopie électronique pour l'étude a été réalisée au Centre d'imagerie électronique pour les nanomachines du CNSI. La recherche a été soutenue par le programme stratégique de recherche et de développement environnemental (prix ER-2422) et le département de génie civil et environnemental de l'UCLA.